分分彩官网资讯中心矿产行业资讯 > 张华民:全钒液流电池技术及产业化

张华民:全钒液流电池技术及产业化

来源:钒电池 日期:2018年6月1日 15:59

5月19日至21日,“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开, 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。大连化学物理研究所研究员张华民在储能电站专场,发表了题为“全钒液流电池技术及产业化”的精彩演讲。

 

演讲内容如下:

张华民:尊敬的各位同行、各位领导,大家上午好,我是来自中科院大连化物所的张华民,同时也是大连融科储能技术发展有限公司的副总经理,兼首席科学家。今天跟大家分享一下液流电池技术及储能应用。

我在储能领域算是一个老兵,我从2000年开始就做储能,当时我回国,给我的任务是奥运会把中国的燃料电池车队做出来,同时我就开始做储能。很高兴最近几年国家开始重视储能工作,特别是对液流电池储能技术也给予了高度的重视,包括中国制造2025提出要做10兆瓦的液流电池储能系统继承。能源局2017年1月份指出要做100兆瓦时的全钒液流电池等等工作。

储能电池的技术非常多,我这个图涵盖了基本上所有的储能技术,越往上它的规模越大,越往下它的时间越长,我所关注的是液流电池储能技术,特别是在液流电池当中的重点铅酸液流电池。

一个科学家要做研究就要申请科研经费,我到中科院申请经费的时候,有时候项目经费比较大,或者报奖的时候要参加院长办公会议,副院长、院长是中科院100多个研究所里面出来的,有的副院长提问说,张华民你做液流电池储能,到底用哪种技术做储能最好?因为中科院100多个研究所各种技术都在做。我说,这个问题我不敢回答,我说我这个好,你说我是老张头卖瓜,自卖自夸,如果我说别的不好,我肯定会得罪别人。我说大规模储能技术要满足几个条件,一是安全性好,对规模储能技术而言,由于系统功率和容量大,安全事故造成的危害和损失大,因此规模储能技术的首要要求是安全可靠,解决安全性可靠性是重中之重。第二是生命周期的性价比要高,第三是生命周期的环境负荷要低。有人说全钒液流电池价格昂贵,我说你不太懂,从生命周期来讲是不是昂贵并不一定。另外就是电池报废以后怎么处理,这是非常重要的。我昨天从我住的酒店到这里来的时候,坐了一个电动汽车,司机说将来我们是把灾难留给了后代,这些电池将来越来越多,以后怎么办?我说你想问题想的真深,要都像你这么想问题就好了。

到底在储能当中哪种技术可能发挥的作用比较大?我自己不好判断。这是Navigant在2015年的一个研究报告当中的一幅图,它介绍了几种电池的成本情况,我对他们这个研究还是比较认可的,由于国家在电动车的电池方面的投入比较大,所以电池的成本下降比较快,在近几年锂电池是占有主导地位的,再就是夜流电池和铅碳电池,再就是P to G的电池类型。

全钒液流电池由于它自身的特点,它有一些优势,它的优势有这么几个,一是功率和容量可独立设计,尤其适合大规模储能,特别是百千瓦到百兆瓦的储能另外是输出功率大,能量效率高、充放电性能好、循环寿命长,它的启动和响应速度快,它的电解液是流动的,没有固定扩散的速度,所以在所有电池当中它的响应速度是最快的,快和慢取决于PCS的速度,不取决于电池的速度。它的电解液可以半永久性使用,它就是在稀硫酸的水溶液中价态发生变化,它是无机物,不会发生像化学降解的反应,因此电解液可以半永久使用,电解液的成本将来要超过电池系统的成本,也就是电解液的成本占到50%以上,它可以循环使用的话,残值非常大,应该讲性价比是比较高的。现在讲大规模储能,几兆瓦到百兆瓦的储能,报废以后怎么办?我们的材料基本上是薄、电极、双极板,这些材料报废以后都可以循环利用的,安全性比较好,使用寿命长。但是有一个缺点是解决不了的,就像我这样,长得太胖,内容不多,但是占的体积比较大。它的溶解度受限制,所以比能量比较低,它只适合于做储能电站。

全钒液流电池的发展比较短,上世纪70年代美国的专家提出,80年代澳大利亚的Maria首先做出来,2009年美国能源部要做储能规划,就请了我和澳大利亚的Maria给他们介绍,到后来一些公司都逐步退出这个领域的研究,但是我们依然在坚持,也很高兴两任总书记都到过我们公司视察过。

目前为止我们已经申报发明专利300多件,国际专利50多件,授权专利200多件,我们形成了从材料到部件,到系统集成的一个完整自主知识产权体系。

电解液是钒解水溶液,电池报废以后怎么用?因为它的性能衰减是微量的副反应,我们通过在线或者离线可以很简单的恢复,这是钒液流电池最大的特点。其它的电池报废以后怎么办?昨天杨院士的报告也讲过,必须得考虑这个问题。

再就是电极,它主要是炭毡或者石墨毡,或者是碳纸,报废以后烧掉,比烧媒还干净,因为只有碳,没有其它的东西。

还有一个是双极板。为什么住友电工做不下去?因为它的材料成本太贵,它用的材料很贵,我们开发出一种高导电性、高韧性的复合双极板,加上树脂压出来,买一张石墨双极板要3000多块钱,而我们这个板的成本只有50多块钱,所以我们把成本降低了很多。昨天有一个老师问我,为什么外国的液流电池那么贵,你们的便宜呢?我告诉他,我们的材料都是自己做出来的。报废了以后,双极板就是碳和树脂,烧掉以后就是二氧化碳和水,和烧煤差不多。

还有一张离子交换膜,Nafion膜确实很贵,我们拿100块钱买100块钱大小的一张膜都买不到,所以我们在做的时候必须开发膜,否则就不能做。我们想开展非氟膜,在1982年的时候开始做,到现在一直做不出来。后来我就做一个多孔的膜,因为氢和钒的大小不一样,我们提出一个离子筛分传导的概念,做成了这张膜,它的性能要比Nafion膜低很多,成本大概是它的1/8左右。这种膜报废以后,传统的膜有氟,对骨骼、牙齿都会有损伤。我这张膜只含有碳和氢,报废以后烧掉只会产生二氧化碳和水。这是我所有的电池材料报废的处理方法。

在电堆结构设计上我们也做了很多的工作,不断地提高电池的性能。

这是第一代的22千瓦的工业化的产品,第二代的是32千瓦的电堆,它比22千瓦的要小得多。

它的天花板在哪儿?第一代的工作电流密度是80毫安每平方厘米,第二代是120毫安每平方厘米。我们要保持电堆的能量效率大于80%,在实验室里面的小样可以做到300毫安每平方厘米,也就是说我还有很大的下降空间,将来的成本应该比锂电池还要便宜。

下面再讲一下产业化的情况。我要做产业化,要跟融科合作的时候,我用了6年的时间做了实验室里面一个2000瓦的系统,做了的12000次的循环,最后测的能量衰减了5%。从2000年研发一直做到现在,到目前为止我们也有一些国际合作伙伴,我们也进行了产学研用结合,做了30多个项目。第一个项目就做在我家里,现在还在运行,是2009年做的,是世界上第一个不依赖于化石能源的住宅。

这是世界上运行时间最长、规模最大的全钒液流电池系统,5兆瓦/10兆瓦时的系统,它到目前为止已经运行了5年半。我跟以色列也有合作,以色列代表团去看这个项目的时候就跟我说,这是你第一个5兆瓦的系统吗?我说是的。他说看到这个项目怎么运行了三年多还跟新的一样?我说这个电池的寿命比较长。

我们在德国、意大利、美国都有很多合作项目,在美国我们也被美国环保署评为2017年度美国绿色挑战奖。

这些技术也获得了国家的一些奖励,包括2016年度中国原创技术大奖,获得“全钒液流电池储能技术全球领先者和相关国家标准的制定者”称号。今年3月9日英国皇家化学会上发表了一篇介绍我们工作情况的文章,他讲到我们是全球唯一具备全钒液流电池产业链技术开发和生产的企业。

我们现在正在做的是国家200兆瓦/800兆瓦时的示范项目,为了这个项目我们设计了生产线和组装线,这个工厂用的电都是自己的电,每年还能卖电几百万,屋顶都是太阳能电站,有储能电池。

今年3月7日能源局引发了2018年能源工作指导意见,在这个指导意见当中,在储能方面有5项能源局要做的项目,其中3项是大连融科储能要做的,大概是500多兆瓦时。

所属类别: 矿产行业资讯

该资讯的关键词为: